弱電網(wǎng)下LCL型并網(wǎng)逆變器的電流和功率控制技術(shù).pdf

1、作為可再生能源發(fā)電單元與電網(wǎng)之間的能量變換接口，并網(wǎng)逆變器用來將直流電能轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的交流電能并饋入電網(wǎng)，對基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和高質(zhì)量運(yùn)行具有十分重要的作用。隨著分布式發(fā)電在電網(wǎng)中的滲透率不斷增加，電網(wǎng)不能再等效為理想的電壓源，其弱電網(wǎng)特性對并網(wǎng)逆變器的控制提出了更高的要求。本文研究LCL型并網(wǎng)逆變器在弱電網(wǎng)條件下的電流和功率控制技術(shù)，以提高并網(wǎng)電流的波形質(zhì)量和穩(wěn)定性，并參與電網(wǎng)電壓頻率和有效值的調(diào)節(jié)，從而支持電

2、網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　電容電流反饋有源阻尼是抑制LCL濾波器諧振尖峰的常用方法之一。由于數(shù)字控制系統(tǒng)存在固有的數(shù)字控制延時，包括1拍計(jì)算延時和0.5拍PWM延時，這將改變電容電流反饋有源阻尼的特性，使得LCL型并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)阻抗的魯棒性較差；同時，該數(shù)字控制延時還會在并網(wǎng)電流環(huán)中引入相位滯后，嚴(yán)重限制控制環(huán)路的帶寬，影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。為此，本文提出雙采樣模式實(shí)時運(yùn)算方法，可同時消除電容電流反饋有源阻尼和并網(wǎng)電流環(huán)的

3、計(jì)算延時，從而提高LCL型并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)阻抗的魯棒性和并網(wǎng)電流環(huán)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能。而且，雙采樣模式實(shí)時運(yùn)算方法還可有效地避免開關(guān)紋波和高頻開關(guān)噪聲對采樣信號的影響。設(shè)計(jì)制作了一臺6kW單相LCL型并網(wǎng)逆變器原理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明雙采樣模式實(shí)時運(yùn)算方法是有效的。
　　LCL型并網(wǎng)逆變器輸出阻抗的模值反映了并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)電壓引起的并網(wǎng)電流諧波的抑制能力，而輸出阻抗與電網(wǎng)阻抗交截頻率處的相位則反映了并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)阻抗變

4、化的魯棒性。為了提高并網(wǎng)電流波形質(zhì)量和系統(tǒng)魯棒性，本文提出并聯(lián)虛擬阻抗和串聯(lián)虛擬阻抗的方法，分別對并網(wǎng)逆變器輸出阻抗的模值和相位進(jìn)行校正。通過一臺6kW單相LCL型并網(wǎng)逆變器原理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的阻抗校正方法不僅在電網(wǎng)阻抗寬范圍變化和電網(wǎng)存在背景諧波時仍能保證并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定工作，并且可以保證并網(wǎng)電流滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)。
　　有功功率和無功功率的供需不平衡會分別導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的頻率和有效值發(fā)生波動，為了保證電網(wǎng)電壓的頻

5、率和有效值維持在額定值，發(fā)電設(shè)備需要調(diào)節(jié)輸出功率跟隨負(fù)載變化而變化。本文首先通過分析電網(wǎng)電壓頻率和有效值的調(diào)節(jié)原理，提出統(tǒng)一的功率源模型和功率負(fù)載模型，即采用一個理想的功率源/功率負(fù)載和一個與其并聯(lián)的功率阻抗來描述發(fā)電設(shè)備和負(fù)載設(shè)備的端口功率特性。利用該模型對電網(wǎng)進(jìn)行簡化，分析并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)電壓頻率和有效值的影響，指出減小并網(wǎng)逆變器功率阻抗的模值有利于抑制電網(wǎng)電壓頻率和有效值的波動，而并網(wǎng)逆變器功率阻抗的選擇還應(yīng)當(dāng)考慮所配置的儲能裝置

6、容量和允許的充放電速度等限制條件。為了保證并網(wǎng)逆變器與弱電網(wǎng)并聯(lián)后的系統(tǒng)穩(wěn)定，本文還推導(dǎo)了系統(tǒng)功率穩(wěn)定性判據(jù)。在上述分析的基礎(chǔ)上，本文提出并網(wǎng)逆變器通用的功率控制方法，并給出其參數(shù)設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)方法，使得并網(wǎng)逆變器根據(jù)自身儲能裝置的特性，對電網(wǎng)中不同時間尺度的不平衡功率分量進(jìn)行補(bǔ)償，從而減小電網(wǎng)電壓頻率和有效值的波動，并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)制作了一套總?cè)萘繛?5kVA的降額模擬分布式電源與弱電網(wǎng)的并網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明